Fysik: Ljus, åk 9, ht 21

I detta arbetsområde ska vi prata om ljusets egenskaper, infalls- och reflexionsvinklar, speglar, linser och färger.

Till dig som elev:

Arbetsområdet

I detta arbetsområde ska vi bland annat prata om ljusets egenskaper. Vi ska prata om olika ljuskällor och om att det mesta som vi kan se inte lyser av sig själv utan reflekterar en del av ljuset från en ljuskälla. Ljus är en form av energi och som du säkert kommer ihåg kan energi varken skapas eller försvinna, utan enbart omvandlas mellan de olika energiformerna. I alla ljuskällor är det alltid någon sorts energi som omvandlas till ljus, t ex kan elektrisk energi bli till ljusenergi (och värmeenergi) i en glödlampa. I vakuum rör sig ljus rakt fram med en hastighet av 300 000 km/s. Inget kan färdas snabbare än ljuset! Det tar åtta minuter för solljuset att nå jorden. Ljusstrålar som skickas ut från en ljuskälla går rakt fram tills de träffar ett föremål. Ljusstrålarna kan antingen reflekteras mot föremålet eller gå igenom föremålet. Att du ser ett föremål beror på att ljuset har reflekterats mot det och sedan nått dina ögon. Vatten och glas släpper igenom ljus, de är genomskinliga. Föremål som inte släpper igenom ljus kan bilda skuggor, vilket visar att ljuset bara kan gå rakt fram. Olika ljuskällor skickar ut olika mycket ljus. Från solen kommer t ex mer ljus än från en ficklampa och därför kommer också fler strålar att reflekteras av olika föremål in i dina ögon. Inget ljus försvinner, men eftersom det breder ut sig över ett större område blir det glesare mellan strålarna och ljuset blir därför svagare ju längre från ljuskällan man kommer. Ljusstrålarna är tätare nära t ex ficklampan än längre bort (se bild sida 88). Man kan mäta ljus på olika sätt. Att mäta ljusstyrka innebär att man mäter hur mycket ljus en viss ljuskälla skickar ut, enheten är candela (cd). En cd är ungefär så mycket ljus som ett stearinljus sänder ut. En stark lampa kan ge flera tusen candela. Att mäta belysningsvärde innebär att man mäter hur tätt strålarna kommer på det ställe som man tittar (t ex en arbetsyta), enheten är lux (lx). Om man lyser med ett stearinljus en meter från ett papper blir belysningen på pappret en lux. Om man håller pappret längre bort blir belysningen svagare. 

 

När ljus träffar en yta kan det reflekteras. Ljus som träffar ytan i vinkel reflekteras i samma vinkel, detta kallas reflektionslagen. Reflektionslagen innebär att reflektionsvinkeln alltid är lika stor som infallsvinkeln. När du står framför en vanlig spegel ser du en exakt bild av dig själv. Det ser ut som att du står lika långt bakom spegeln som du i själva verket står framför den. Bilden av dig är spegelvänd, när du blinkar med ditt högra öga i verkligheten blinkar din spegelbild med sitt vänstra öga. En spegel kan vara buktig. Om spegeln buktar inåt är det en konkav spegel. Ljusstrålar som träffar en konkav spegel reflekteras mot en och samma punkt som kallas brännpunkt eller fokus. En strålkastare använder en konkav spegel för att samla ljuset från en glödlampa till ett ljusknippe. Glödlampan sätts i spegelns brännpunkt och skickar ut ljusstrålar som reflekteras av spegeln. På det viset lyser strålkastaren starkt på ett bestämt område i stället för att sprida ut ljuset. Sminkspeglar är ofta också konkava. När man tittar på nära håll ger de en förstorad bild. En spegel som buktar utåt kallas en konvex spegel (man kan tänka att en konvex spegel växer utåt). När ljusstrålar reflekteras mot en konvex spegel sprids de ut från spegeln. Det ser ut som om de alla kommer från en bestämd punkt bakom spegeln, brännpunkten ligger alltså bakom spegeln. Konvexa speglar används bland annat till yttre backspeglar på bilar för att man ska kunna se så mycket som möjligt av omgivningen. 

 

När en ljusstråle går från ett material till ett annat, från t ex vatten till luft eller från luft till glas, ändrar den riktning vilket kan medför att en synvilla uppstår. Ljuset bryts vid övergången

mellan de två materialen, vilket beror på att det ena är tätare än det andra och därför bromsar ljuset. Om ljus t ex går från luft till glas kommer brytningsvinkeln i glas bli mindre eftersom glas är tätare än luft. När en ljusstråle däremot går från ett tätare till ett tunnare ämne blir det tvärtom, brytningsvinkeln blir då större än infallsvinkeln (se bilder sida 92). Ljuset bryts alltså när det går från ett genomskinligt ämne till ett annat, men det reflekteras en del ljus också. Det är därför man måste skydda sig mer mot solljus på havet än på land. På havet blir man utsatt för solens strålar både uppifrån och från reflexerna i vattnet. Samma sak uppstår då solen lyser på den vita snön. När ljus går från ett tätare till ett tunnare ämne reflekteras en del av ljuset. Men om infallsvinkeln blir tillräckligt stor, kommer inget ljus alls ut i luften. Detta kallas för totalreflektion. Tack vare totalreflektion kan man skicka ljus genom en tunn tråd eller fiber av t ex glas. Ljuset läcker inte ut genom sidorna, utan fortsätter istället genom hela fibern. Detta kallas fiberoptik och används bland annat vid titthållskirurgi och för att skicka tv- och datasignaler. 

      

Mål

• veta vad en ljuskälla är 
• kunna förklara vad ljus är 
• kunna förklara vad som menas med reflexion 
• kunna förklara reflexionslagen 
• veta vad brännpunkt är 
• kunna förklara skillnaden mellan konkav och konvex spegel 
• kunna förklara ljusets brytning 
• veta vad totalreflexion är 
• kunna förklara skillnaden mellan en konkav och en konvex lins 
• kunna beskriva ögat
• känna till hur och varför ett prisma kan bilda ett spektrum av färger 
• kunna förklara varför t ex ett par skor ser röda ut 
• veta att färger är ljus med olika frekvenser 
• veta vad polariserat ljus är  

Arbetssätt 

• muntliga genomgångar och diskussioner 
• enskilt och/eller gemensamt arbete med instuderingsfrågor  

Redovisningsform

Du redovisar dina kunskaper genom:

• ditt resonemang vid diskussioner
• dina svar på provet

Bedömning

Jag bedömer dina förmågor vid varje lektionstillfälle. Det jag tittar på är:

• om du bidrar till att föra diskussionen framåt på lektioner genom frågor och resonemang 
• huruvida och i vilken utsträckning du använder för arbetsområdet relevant begrepp i diskussioner och i det skriftliga provet 

Läroplansmål

Syfte

• använda kunskaper i fysik för att granska information, kommunicera och ta ställning i frågor som rör energi, teknik, miljö och samhälle,
• använda fysikens begrepp, modeller och teorier för att beskriva och förklara fysikaliska samband i naturen och samhället.

Centralt innehåll

• Ljusets utbredning, reflektion och brytning i vardagliga sammanhang. Förklaringsmodeller för hur ögat uppfattar färg.